Mediante la combinación de experimentos con cálculos y simulaciones, investigadores en Alemania han obtenido nuevos conocimientos sobre por qué colocar microesferas transparentes en una muestra mejora la resolución de una técnica de microscopía basada en interferometría. Al examinar cómo interactúa la luz con las microesferas, Lucie Hüser y sus colegas del Universidad de Kassel han abierto la puerta a la comprensión de la mejora misteriosa.
Un microscopio de interferómetro Linnik está diseñado para tomar imágenes de alta resolución de la topografía de la superficie de una muestra. El dispositivo funciona dividiendo un haz de luz iluminadora en dos, con un haz enviado a la muestra y el otro a un espejo. Los rayos reflejados se recombinan en un detector, creando una imagen de la luz que interfiere. Al escanear la altura de la muestra, se obtiene una representación precisa de la topografía 3D de la muestra.
Sin embargo, como todas las técnicas de microscopía, este método enfrenta un límite fundamental en el tamaño de las características que puede resolver. Este es el resultado del límite de difracción, lo que significa que la técnica no puede resolver las características que son más pequeñas que la mitad de la longitud de onda de la luz de la imagen.
efecto misterioso
Sin embargo, los microscopistas saben desde hace algún tiempo que el límite de difracción se puede superar simplemente colocando esferas transparentes del tamaño de una micra en la superficie de una muestra. Esta ha demostrado ser una técnica muy útil, pero a pesar de su eficacia, los investigadores no comprenden completamente la física detrás de la mejora. Las explicaciones incluyen la creación de nanochorros fotónicos altamente enfocados a medida que la luz pasa entre las microesferas y la muestra; un aumento en la apertura numérica del microscopio causado por las microesferas; efectos de campo cercano (evanescentes); y la excitación de modos de luz de galería susurrante dentro de las microesferas.
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Para obtener una mejor comprensión de por qué la mejora de microesferas funciona para la microscopía de interferencia, el equipo de Hüser combinó mediciones experimentales rigurosas con nuevas simulaciones por computadora. Estos incluyeron cálculos de trazado de rayos que usan matemáticas simples para rastrear cambios en las trayectorias de los haces de luz que viajan a través de las esferas.
El estudio sugiere que los efectos de galería evanescente y susurrante son insignificantes cuando se trata de mejorar la resolución. En cambio, encontraron que las microesferas aumentan el tamaño efectivo de la apertura numérica del microscopio, lo que mejora la resolución del instrumento. La investigación también sugiere que los nanojets fotónicos pueden estar involucrados en la mejora de la resolución.
Este resultado acerca un paso más una sólida base teórica para la microscopía de interferencia óptica mejorada con microesferas. Hüser y sus colegas esperan que su trabajo pronto pueda conducir a mejores métodos para obtener imágenes rápidas y no invasivas de las superficies de las estructuras microscópicas. Esto podría ser especialmente útil para sondear muestras delicadas, como sistemas biológicos, que no se pueden estudiar con técnicas de alta resolución como microscopía electrónica y microscopía de fuerza atómica.
La investigación se describe en el Revista de microsistemas ópticos.
